基于ZnO纳米阵列的M-S结构与p-n结构光探测器的制备与性能研究

摘要

紫外探测器在化学传感，水杀菌，空间通信、工业、火焰传感、天文学等领域中都有着非常重要的应用。纳米ZnO作为直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度达到3.37eV，同时具有电阻率大范围可调、紫外光响应敏感及制备成本较低等优异特性，适于制备紫外光探测器件。
　　本文选取具有柔性的Cu箔材料作为衬底，利用Cu与ZnO形成n-ZnO纳米阵列/Cu肖特基结（M-S）光探测器；利用p型Cu2O与ZnO形成n-ZnO纳米阵列/p-Cu2O结构p-n结光探测器，系统地研究了探测器的光电特性，具体内容如下：
　　一、n-ZnO纳米阵列/Cu M-S结光探测器的制备与性能研究。以高纯Cu箔为衬底，利用低温水溶液法在Cu箔上制备n-ZnO纳米阵列，使用ITO玻璃作为上电极，制备出ZnO纳米阵列/Cu M-S结光探测器。通过扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射仪(XRD)等研究材料的形貌、结构及光学性质。分别使用波长为365nm和385nm的光源对该探测器进行照射，研究了该探测器的性能。结果表明：两种波长光照后，探测器正反向电流均有所增强，且随着光照的增强而逐步提升。在波长365nm紫外光照下，随着光强从0增加至0.6，+3V偏压下探测器的电流从5.4mA增加至6.6mA，-3V偏压下电流从3.3mA增加至4.1mA；在波长385nm光照下，随着光照强度由0增加至0.6，+3V偏压下探测器的电流从5.4mA增加至16.1mA，-3V偏压下电流从3.3mA增加至10.1mA。两种波长照射下，探测器输出电流响应度((I-I0)/)(I0为初始电流，I为光照后电流，P为光照强度)最高分别达到1.8A/W和35.7A/W。
　　二、-ZnO纳米阵列/-Cu2O结构光探测器的制备与性能研究。首先将高纯 Cu箔进行干法氧化处理，利用常压缺氧气氛氧化形成p-Cu2O薄膜，随后在p-Cu2O薄膜上制备ZnO纳米阵列，利用ITO玻璃作为上电极，制备了n-ZnO纳米阵列/p-Cu2O结构光探测器。利用 SEM,透射电子显微镜(TEM),XRD,PL(光致发光)测试技术研究材料形貌、结构及光学特性；分别使用波长为365nm和385nm的光对探测器进行照射，研究探测器性能。结果表明：两种波长光照后，探测器正反向电流均有所增强，且随着光照的增强而逐步提升。在波长365nm紫外光照下，随着光强从0增加至0.6mW/cm2，+3V偏压下探测器的电流从3.6mA增加至11.7mA，-3V偏压下电流从1.0mA增加至4.0mA；在波长385nm紫外光照下，+3V偏压下探测器的电流由3.6mA增加至12.5mA，-3V偏压下电流由1.0mA增加至7.0mA。两种波长照射下，探测器的输出电流响应度最高分别达到14.1A/W和17.2A/W。由此可见，基于p-n结构的-ZnO纳米阵列/-Cu2O结构光探测器正反向电流对光照的响应更加明显。

目录

声明

1 绪论

1.1 纳米ZnO的结构与性质

1.1.1 ZnO的基本结构

1.1.2 ZnO的性质

1.2 ZnO材料的应用

1.2.1紫外光探测器

1.2.2纳米激光器

1.2.3太阳能电池

1.2.4场发射器件

2 ZnO材料的制备与表征

2.1 ZnO材料的制备

2.1.1磁控溅射法

2.1.2水溶液生长法

2.1.3喷雾热解法

2.2 ZnO材料的表征

2.2.1 X射线衍射

2.2.2光致发光测试

2.2.3扫描电子显微镜

2.2.4透射电子显微镜

2.2.5 X射线光电子能谱

3 ZnO纳米阵列/Cu M-S结光探测器

3.1 ZnO纳米阵列/Cu M-S结光探测器的制备

3.2 ZnO 纳米阵列/Cu M-S结光探测器的表征与测试

3.2.1器件的表征

3.2.2器件的测试

3.3小结

4 n-ZnO纳米阵列/p-Cu2O/Cu光探测器

4.1 n-ZnO纳米阵列/p-Cu2O/Cu光探测器的制备

4.2 n-ZnO纳米阵列/p-Cu2O/Cu光探测器的表征与测试

4.2.1器件的表征

4.2.2器件的测试

4.3小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢